JPH0434926A

JPH0434926A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0434926A
Application number: JP14084090A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Sumi; 博文角
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-05-30
Filing date: 1990-05-30
Publication date: 1992-02-05
Anticipated expiration: 2014-07-28
Also published as: JP2926897B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本願の発明は、シリコン基体の表面部にシリサイド層を
形成する半導体装置の製造方法に関するものである。

〔発明の概要〕

請求項１の発明は、上記の様な半導体装置の製造方法に
おいて、シリサイド層の形成をシリコン化合物膜を介し
て行うと共に、この形成を希ガス雰囲気中での熱処理で
行うことによって、シリコン基体の表面部が所望の抵抗
値を有しており且つ微細な半導体装置を製造することが
できる様にしたものである。

請求項２の発明は、上記の様な半導体装置の製造方法に
おいて、シリサイド層の形成をシリコン化合物膜を介し
て行うと共に、シリサイド層にエネルギ線を照射するこ
とによって、シリコン基体の表面部が低い抵抗値を有し
ており且つ微細な半導体装置を製造することができる様
にしたものである。

〔従来の技術〕

ＭＯＳ）ランジスタ等の微細化に伴い、短チヤネル効果
等を軽減するために、浅い接合の形成が必要とされてい
る。しかし浅い拡散層では、シート抵抗及びコンタクト
抵抗が著しく高くなる。このため、拡散層の表面にシリ
サイド層を裏打ちする構造が採用されている。

第５図は、この様な半導体装置の製造方法の従来例を示
している。即ち、第５Ａ図に示す様に、Ｓｉ基体１１に
素子分離用のＳｉＯ□膜１２とチャネルストッパ１３と
を形成し、素子形成領域１４に拡散層１５を形成する。

そして、拡散層１５上の自然酸化膜を希釈フッ酸等で完
全に除去した後、第５Ｂ図に示す様に例えばＴｉ膜１６
を全面に堆積させる。

その後、熱処理によってＴｉ膜１６とＳｉ基体１１とを
反応させ、ＳｉＯ□膜１２上に残存している未反応のＴ
ｉ膜１６を除去して、拡散層１５上にのみ自己整合的に
Ｔｉ５ｉｚ層を形成する。

一方、上述の様に拡散層１５の低抵抗化のみならず、ア
ロイスパイクを防止するために、金属配線とＳｉ基体１
１との反応防止層としてもシリサイド層が用いられてい
る。

そして、レーザアニール等による熱処理によってシリサ
イド層を大粒径化させ、上述の反応防止効果を向上させ
ることが考えられている。

なお、Ｓｉ基体の表面部にシリサイド層を形成する技術
としては、例えば本願の出願人による特願平１−１７５
１０５号がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、第５Ｂ図の様に堆積させたＴｉ膜１６をシリ
サイド化させるための熱処理をＡｒ等の希ガス雰囲気中
で行うと、Ｓｉ基体１１中からＴｉ膜１６中へＳｉが拡
散し易く、第６図に示す様にＳｉＯ□膜１２の側部にも
Ｔｉ５ｉｚ層１７が形成される。

Ｔｉ５ｉｚ層１７が第６図の様に形成されると、ＳｉＯ
□膜１２上の他の配線の短絡を生しる危険性があるので
、半導体装置を十分には微細化させることができない。

これに対して、上述の熱処理をＮ２やＮＨ，等の雰囲気
中で行うと、ＳｉＯ□膜１２上のＴｉ膜１６はチノ化す
る。このため、ＳｉＯ□膜１２上へはＳｉが拡散せず、
Ｔｉ５ｉｚ層１７もＳｉＯ□膜１２上には形成されない
。

しかし今度は、第７Ａ図に示す様に、拡散層１５上のＴ
ｉ５ｉｚ層１７上にＴｉＮ膜１８が形成される。

このＴｉＮ膜１８は、アンモニアと過酸化水素水との混
合溶液等で５ｉ（ｈ膜１２上の未反応のＴｉ１ｉ１６を
エツチングする時に、第７Ｂ図に示す様に同時にエツチ
ングされる。

このため、最終的に形成されるＴｉ５ｉｚ層１７の厚さ
の制御が容易でなく、シート抵抗やコンタクト抵抗が所
望の値を有している半導体装置を容易には製造すること
ができない。

一方、Ｔｉ５ｉｚ層１７を大粒径化させるための既述の
レーザアニール等を行う前は、このＴｉ５ｉｚ層１７は
微細結晶である。このため、レーザアニル時にＳｉ基体
１１中のＳｉがＴｉ５ｉｚ層１７の粒界を拡散し、この
拡散したＳｉがＴｉ５ｉｚ層１７の表面に凝集する。

この様にＳｉがＴｉ５ｉｚ層１７の表面に凝集すると、
このＴｉ５ｉｚ層１７の抵抗が高くなる。このため、シ
ート抵抗やコンタクト抵抗が十分に低い半導体装置を製
造することができない。

〔課題を解決するための手段〕

請求項１の半導体装置の製造方法は、シリコン基体１１
上にシリコン化合物膜２１を形成し、このシリコン化合
物膜２１上に金属膜１６を形成し、希ガス雰囲気中で熱
処理を行うことにより、前記シリコン化合物膜２１を介
して前記金属膜１６と前記シリコン基体１１とを反応さ
せて、このシリコン基体１１の表面部にシリサイド層１
７を形成している。

請求項２０半導体装置の製造方法は、シリコン基体１１
上にシリコン化合物膜２１を形成し、このシリコン化合
物膜２工上に金属膜１６を形成し、熱処理を行うことに
より、前記シリコン化合物膜２１を介して前記金属膜１
６と前記シリコン基体１１とを反応させて、このシリコ
ン基体１１０表面部にシリサイド層１７を形成し、この
シリサイドＮ１７にエネルギ線２５を照射している。

〔作用〕

請求項１及び２の何れの半導体装置の製造方法でも、金
属膜１６とシリコン基体１１との反応をシリコン化合物
膜２１を介して行っているので、この反応がシリコン化
合物膜２１によって抑制される。従って、金属膜１６と
シリコン基体１１との接触領域以外の領域、例えば素子
分離領域１２にシリサイド層１７が形成されるのを防止
することができる。

しかも、請求項１の半導体装置の製造方法では、シリサ
イド層１７を形成するための熱処理を希ガス雰囲気中で
行っているので、金属膜１６と雰囲気との化合物膜１８
が形成されるのを防止することができる。

また、請求項２の半導体装置の製造方法では、金属膜１
６とシリコン基体１１との反応をシリコン化合物１１に
２１を介して行っているので、シリコン化合物膜２１を
介さないで行う場合に比べて、シリサイド層１７の粒径
が大きい。従って、更に大粒径化を行うためのエネルギ
線２５の照射時に、シリサイド層１７の粒界をシリコン
が拡散しにくい。

また、シリサイド層１７を形成するための熱処理時等に
このシリサイド層１７上に金属酸化膜が形成されても、
エネルギ線２５の照射によってこの金属酸化膜が還元さ
れる。

〔実施例〕

以下、本願の発明の第１及び第２実施例を、第１図〜第
４図を参照しながら説明する。

第１図が、第１実施例を示している。この第１実施例で
は、素子形成領域１４の形成までを第５図等に示した従
来例と同様に行い、更に図外の領域においてＭＯＳトラ
ンジスタのゲート電極及びＬＤＤ構造用の側壁スペーサ
の形成までを行う。

そして、素子形成領域１４上の自然酸化膜を希釈フッ酸
等で完全に除去した後、多結晶Ｓｉ膜を堆積させこの多
結晶Ｓｉ膜を酸化することによって、第１Ａ図に示す様
に、素子形成領域１４上にも厚さが１００人程８の５ｉ
０２膜２１を形成する。

なお、ＭＯＳ）ランジスタのソース・ドレイン領域を形
成するための不純物のイオン注入時に、多結晶Ｓｉ膜か
ら成るゲート電極におけるチャネリングを防止するため
に、ゲート電極を酸化する。

そして、この酸化によって形成するＳｉＯ２膜の厚さが
１００人程８のあるので、ＳｉＯ□膜２１膜形１するた
めの酸化をゲート電極の酸化と同時に行う。

また、ＳｉＯ□膜２１膜形１に先立って上述の様に自然
酸化膜を除去しているのは、自然酸化膜は厚さが不均一
であり、素子形成領域１４上のＳｉＯ□膜の厚さを均一
にするためである。

その後、ＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン領域を
形成するための不純物のイオン注入によって、素子形成
領域１４へも５ｉ（ｈ膜２１を通して不純物をイオン注
入し、拡散層１５を形成する。

次に、第１Ｂ図に示す様に、ＳｉＯ，膜２１を１０〜５
０人程度、程度ば５０人程度の厚さで残す様に、コ（７
）　Ｓ　１０□膜２１を希釈フッ酸によってエツチング
する。

なお、この様にＳｉＯ□膜２１膜形１を一旦１００程度
度にしその後に５０人程度に薄（するのは、最初から薄
い５ｉｎ２膜２１を形成しようとしても膜厚の制御性が
良くないからである。

次に、第１Ｃ図に示す様にＴｉ膜１６を全面に堆積させ
、Ａｒ等の希ガス雰囲気中で６５０″Ｃ程度の温度のラ
ンプアニールを行う。すると、Ｓｉ基体１１のＳｔがＳ
ｉＯ□膜２１中２１中してＴｉ膜１６と反応し、まずＴ
ｉＳｉ層（図示せず）が形成される。

その後、アンモニアと過酸化水素水との混合溶液等で、
ＳｉＯ□膜１２上に残存している未反応のＴｉ膜１６を
選択的にエツチングする。

そして今度は、９００°Ｃ程度の温度のランプアニール
を行い、ＴｉＳｉ層をＴｉ５ｉｚ層１７にして、第１Ｄ
図に示す様にこのＴｉ５ｉｚ層１７を拡散層１５上にの
み自己整合的に形成する。

なお、上述の様にランプアニールを２段階の温度で行う
のは、当初から９００°Ｃの温度でランプアニールを行
うと、ＳｉＯ□膜１２上のＴｉ膜１６も５ｉＯｔ膜１２
と反応してシリサイド化し、Ｔｉ５ｉｚ層１７を拡散層
１５上にのみ形成することができないからである。

その後は、通常の工程によって、第１Ｅ図に示す様に、
層間絶縁膜としてＳｉｎ、膜２２を堆積させ、Ｔｉ５ｉ
ｚ層１７に達するコンタクト孔２３をＳｉＯ□膜２２膜
間２し、Ａ２配線２４を形成する。

以上の様な第１実施例では、Ｔｉ膜１６とＳｉ基体１１
との反応をＳｉｎ、膜２１を介して行っているので、こ
の時の雰囲気がＡｒ等の希ガスであるにも拘らず、この
反応がＳｉＯ□膜２１膜上１て抑制される。

従って、第６図に示した様にＳｉ基体１１中の側部にも
Ｔｉ５ｉｚ層１７が形成されるのを防止することかでき
る。

なお、ＳｉＯ□膜２１膜上１が当初の１００人のままで
あれば、このＳｉＯ□膜２１中２１中が拡散せず、Ｔｉ
５ｉｚ層１７は形成されない。

また、Ｔｉ５ｉｚ層１７を形成する時の雰囲気が上述の
様にＡｒ等の希ガスであるので、第７Ａ図に示した様に
ＴｉＳｉ、層１７上にＴｉＮ膜１８が形成されるのを防
止することもできる。

第２図は、第２実施例を示している。この第２実施例の
第２Ａ図〜第２Ｃ図の工程は第１実施例の第１Ａ図〜第
１Ｄ図の工程に対応しており、ランプアニール時の雰囲
気がＮ２であることを除いて、Ｔｉ５１ｇ層１７の形成
までは第１実施例と同様に行う。

この第２実施例では、その後、第２Ｃ図に示す欅に、波
長３０８　ｎｍのＸｅＣ１エキシマレーザ光２５を、１
０００〜２２００ｍＪ／ａｆｌ程度の強度でＴｉ５ｉｚ
層１７に照射する。この結果、ｊｉＳｉｚ層１７が層粒
７化して、このＴｉ５ｉｚ層１７のアロイスパイク防止
効果が向上する。

ところで、この第２実施例では、レーザ光２５を照射す
る前のＴｉ５ｉｚ層１７は、５ｉ０２膜２Ｉを介したシ
リサイド化によって形成しており、ＳｉＯ□膜２１膜上
１ない場合に比べて元々粒径が大きい。

従って、レーザ光２５の照射による大粒径化時に、Ｓｉ
基体１１中のＳｉがＴｉ５ｉｚ層１７の粒界を拡散しに
くい。

しかも、Ｔｉ５ｉｚ層１７上にＴｉＯｘ膜（図示せず）
が形成されていても、エキシマレーザ光２５の照射によ
ってＴｉＯｘ膜が還元される。

更に、シワサイド層を高温に保持すると、一般に、その
相変化に伴ってシート抵抗が増大する。

しかし、エキシマレーザ光２５によるアニールは、シリ
サイド層の表面しかアニールせず、しかも非常に短時間
であるので、シリサイド層に相変化が生じない。従って
、エキシマレーザ光２５によるアニールでは、Ｔｉ５ｉ
ｚ層１７のシート抵抗が増大しない。

第３Ａ図及び第４Ａ図は、この第２実施例にょるＴｉＳ
ｉ２層１７のシート抵抗及び直径が１．２μｍのコンタ
クト孔のコンタクト抵抗を示している。

一方、第３Ｂ図及び第４Ｂ図は、ＳｉＯ□膜２１膜上１
ずに形成したＴｉ５ｉｚ層１７にエキシマレーザ光２５
を照射した場合のシート抵抗及びコンタクト抵抗を示し
ている。

これらの第３図及び算４図の比較からも明らかな様に、
この第２実施例によるＴｉ５ｉｚ層１７は抵抗が低い。

また、上述の様にＴｉ５ｉｚ層１７の粒界をＳｉが拡散
しにくいので、Ｔｉ５ｉｚ層１７の表面に凝集したＳｉ
がその後の熱処理で再成長するということも少なく、従
ってこの第２実施例による半導体装置は耐熱性が高い。

〔発明の効果〕

請求項１及び２の何れの半導体装置の製造方法でも、素
子分離領域等にシリサイド層が形成されるのを防止する
ことができるので、シリコン基体の表面部にのみ高い選
択性でシリサイド層を形成することができ、微細な半導
体装置を製造することができる。

しかも、請求項１の半導体装置の製造方法では、金属膜
と雰囲気との化合物膜が形成されるのを防止することが
できるので、シリサイド層の膜厚を正確に制御すること
ができ、シリコン基体の表面部が所望の抵抗値を有して
いる半導体装置を製造することができる。

また、請求項２の半導体装置の製造方法では、エネルギ
線の照射時にシリサイド層の粒界をシリコンが拡散しに
くく、シリサイド層上の金属酸化膜も還元されるので、
シリサイド層を低抵抗化することができ、シリコン基体
の表面部が低い抵抗値を有している半導体装置を製造す
ることができる。

夫々シート抵抗及びコンタクト抵抗を示すグラフ、第３
Ｂ図及び第４Ｂ図は本願の発明の従来例で製造したシリ
サイド層の夫々シート抵抗及びコンタクト抵抗を示すグ
ラフである。

第５図〜第７図は本願の発明の従来例を順次に示す側断
面図である。

なお、図面に用いられた符号において、１１・−−−−
−−−・・−・−・−・Ｓｉ基体１６−−−−−−−・
・−・−・・−−−−Ｔ　ｉ膜１７−・・−・−・・−
−−−−−−・−・ＴｉＳｉ２層２１−・−・・・−−
−−−−−−−−・ＳｉＯ□膜２５−−−−−−−−−
−−−−−−Ｘ　ｅ　Ｃ１エキシマレーザ光である。

Claims

【特許請求の範囲】１、シリコン基体上にシリコン化合物膜を形成し、このシリコン化合物膜上に金属膜を形成し、希ガス雰囲
気中で熱処理を行うことにより、前記シリコン化合物膜
を介して前記金属膜と前記シリコン基体とを反応させて
、このシリコン基体の表面部にシリサイド層を形成する
半導体装置の製造方法。２、シリコン基体上にシリコン化合物膜を形成し、このシリコン化合物膜上に金属膜を形成し、熱処理を行
うことにより、前記シリコン化合物膜を介して前記金属
膜と前記シリコン基体とを反応させて、このシリコン基
体の表面部にシリサイド層を形成し、このシリサイド層にエネルギ線を照射する半導体装置の
製造方法。